MBR膜生物反應(yīng)器處理在生活污水的研究

趙瑜珍 羅偉

摘要：近幾十年來(lái)，隨著膜一生物反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，關(guān)于膜污染機(jī)理的研究也得到了較大的發(fā)展。本文主要展開對(duì)MBR膜生物反應(yīng)器處理生活污水的研究，其中主要分析的是MBR膜生活反應(yīng)器處理生活污水的原理以及工程運(yùn)行特性，最后就是總結(jié)MBR推廣應(yīng)用存在的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：MBR膜生物反應(yīng)器；處理生活污水；研究

1.引言

我國(guó)對(duì)膜-生物反應(yīng)器（Membranebioreactor，MBR）污水處理新工藝的研究始于20世紀(jì)90年代的中期，雖起步較晚，但發(fā)展十分快速。近年來(lái)，各大院校、科研單位等對(duì)不同類型的膜、不同的MBR運(yùn)行方式及其處理不同廢水的效能和運(yùn)行控制等進(jìn)行了研究，取得了一批科研成果，MBR的處理對(duì)象由城市污水/生活污水的處理擴(kuò)展到石化廢水、高濃度有機(jī)廢水、食品廢水等，其工藝形式由活性污泥法拓展至接觸氧化法，由好氧工藝發(fā)展至厭氧工藝，有力的促進(jìn)了該工藝的工程化。

當(dāng)前我國(guó)為環(huán)節(jié)水資源短缺現(xiàn)象，在人們生活中著重推廣生活污水經(jīng)過(guò)有效的處理作為雜水進(jìn)行重復(fù)的利用，例如：洗車、綠化、沖廁所等等，不僅能從用途上節(jié)約水資源短缺的狀況，還能高效且有效的利用水資源，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上減少污染水的總排放量。基于此，我國(guó)污水處理公司利用回用技術(shù)以及中水開發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的重復(fù)使用，以及隨著城鎮(zhèn)污水提標(biāo)改造項(xiàng)目的實(shí)施，MBR膜生物反應(yīng)器處理生活污水的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2.MBR工藝的類型及工作原理

2.1MBR工藝的類型

根據(jù)膜的用途不同，MBR工藝類型可分為固液分離MBR、無(wú)泡曝氣 MBR和萃取MBR三類。在過(guò)去的十年中我國(guó)對(duì)MBR技術(shù)的研究主要集中于固液分離MBR。與此相比，有關(guān)曝氣MBR和萃取MBR類型的研究相對(duì)很少，與固液分離MBR相比，曝氣或萃取MBR工藝可在一些特殊污水處理領(lǐng)域發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如萃取MBR可用于高酸堿、高鹽度、高揮發(fā)性或有毒物質(zhì)的分離和處理；曝氣MBR在以氫為電子供體的地下水反硝化和污水的同時(shí)除碳脫氮中具有應(yīng)用潛力。本文以下將著重介紹固液分離MBR（簡(jiǎn)稱為MBR）。目前，國(guó)產(chǎn)MBR膜組件有中空纖維、平板和管式，產(chǎn)品質(zhì)量在不斷提高，其市場(chǎng)份額也在不斷擴(kuò)大。與國(guó)外產(chǎn)品相比，具有價(jià)格低以及節(jié)省投資與維護(hù)成本等特點(diǎn)，但產(chǎn)品的性能和機(jī)械強(qiáng)度有待于進(jìn)一步提高。

2.2工作原理

膜生物反應(yīng)器主要由膜組件、泵和生物反應(yīng)器三部分組成，其中生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場(chǎng)所，膜是對(duì)混合液和對(duì)特殊污染物進(jìn)行分離和萃取的介質(zhì)，而泵則是為滿足分離和萃取提供所需動(dòng)力的設(shè)備。從MBR膜生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其中是由生物反應(yīng)器以及膜組件組成的，同時(shí)經(jīng)由膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝中的膜是微濾膜或者是超濾膜，進(jìn)而利用膜所具有的高效攔截力，來(lái)提升反應(yīng)器自身的污泥濃度，從而在原有的基礎(chǔ)上降低污泥的負(fù)荷，減少了剩余污泥的產(chǎn)量，取代傳統(tǒng)的二代沉淀池。MBR膜生物反應(yīng)器自從研發(fā)至今被相關(guān)的研究學(xué)家稱為“污水資源化的一項(xiàng)革命性技術(shù)”，還被我國(guó)列為“21實(shí)際議程實(shí)施能力及可持續(xù)發(fā)展實(shí)用性新技術(shù)”，實(shí)施現(xiàn)代社會(huì)中最具前途的新技術(shù)之一。

3MBR工藝的運(yùn)行特性

通過(guò)對(duì)MBR工藝和工作原理的介紹，更進(jìn)一步分析MBR工藝運(yùn)行中的特點(diǎn)。

3.1脫氮除磷工藝的強(qiáng)化作用

MBR因?yàn)槠渚哂刑厥庑阅艿哪ぷ鳛槟嗨蛛x和澄清出水的介質(zhì)，主要表現(xiàn)在：

①膜對(duì)微生物的完全截留可以提高硝酸菌和聚磷菌的總量，從而提高系統(tǒng)的硝化反硝化和除磷能力。由MBR工藝衍生的A2/O-MBR工藝強(qiáng)化脫氮除磷工藝出水TN<15mg/L、TP<1mg/L。在間歇循環(huán)曝氣MBR工藝中，TN和TP的去除率達(dá)70.6%和86%，NH4+-N去除率達(dá)96%。MBR的硝化負(fù)荷（2.28g/kg.h）要比傳統(tǒng)工藝（0.96g/kg.h）高一倍以上.

②減少了污泥膨脹而導(dǎo)致的脫氮除磷系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

③膜表面的凝膠層對(duì)膠體形態(tài)的磷有一定的截留。

④MBR在保證聚磷效果的前提下，可以減少污泥排放，提高單位剩余污泥含磷量。

3.2泥水分離、HRT和SRT的安全分離特性

在固液分離膜一生物反應(yīng)器中，由于用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，能高效地進(jìn)行固液分離，分離效果好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，可以直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間和污泥齡的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積節(jié)省有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化效率得以提高。也可增長(zhǎng)一些難降解有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有效地將分解難降解有機(jī)物的微生物滯留在反應(yīng)器內(nèi)，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高膜一生物反應(yīng)器一般都在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費(fèi)用易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。出水水質(zhì)優(yōu)良，可以用來(lái)回用。但膜一生物反應(yīng)器在運(yùn)行過(guò)程中也存在一些問(wèn)題在運(yùn)行過(guò)程中，膜易受到污染，產(chǎn)水量降低，也給操作管理帶來(lái)不便，這是目前廣大研究者致力改進(jìn)的問(wèn)題系統(tǒng)投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。一方面膜的制造成本較高，膜的處理能力尚低另一方面，用于控制膜污染的動(dòng)力消耗費(fèi)用較高。

3.3混合液污泥的濃度

許多研究發(fā)現(xiàn)，MBR工藝，由于循環(huán)泵的高速剪切作用，以及長(zhǎng)期在較低負(fù)荷下運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致污泥中微生物細(xì)胞釋放胞外聚合物（EPS），從而增大混合液的黏度。而黏度的增大不僅影響氧的有效傳遞，更重要的是易造成膜的污染，影響產(chǎn)水能力。大多數(shù)研究者認(rèn)為，在保證處理能力和緩解膜污染兩者兼顧的前提下，宜將MLSS控制在6-8g/l，同時(shí)應(yīng)與所處理的廢水水質(zhì)相適應(yīng)，即在處理低濃度廢水時(shí)，應(yīng)取低限，而在處理高濃度廢水時(shí)可取高值。

3.結(jié)束語(yǔ)

MBR工藝作為一種具有巨大潛在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的廢水生物處理新工藝，在國(guó)內(nèi)已初步形成生產(chǎn)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模，但由于膜成本較高，運(yùn)行費(fèi)用較高，在較大程度上仍影響著該工藝的快速發(fā)展，為充分發(fā)揮MBR工藝的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其在廢水生物處理中的功能和作用，目前需深入對(duì)影響其應(yīng)用的“瓶頸”——膜成本和膜壽命進(jìn)一步開發(fā)，制造出成本低、性能好的膜材料。另外，需結(jié)合膜后期運(yùn)行，對(duì)膜與生物處理相結(jié)合的工藝及機(jī)理做更深入研究，通過(guò)研究建立一套較為完整成熟的設(shè)計(jì)方法，對(duì)MBR膜工藝在生活污水大規(guī)模長(zhǎng)期應(yīng)用發(fā)揮重大作用。

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